高能量鋰電池物超所值

認識到電池技術的局限將最終導致新產(chǎn)品開發(fā)的瓶頸，美國國防部最近確認了對新一代高能量、長壽命電池的迫切需求。通過對理想電源管理解決方案的研究，Tadiran公司的科學家開發(fā)出了TLM系列電池，這是一系列高能量的鋰金屬氧化物電池，目前使用在各種各樣的軍事和航空航天應用之中。這種新一代的高能量鋰電池因其性能屬性而引起了軍事/航空航天設計工程師們的極大興趣，比如超長的貯存期、高速率電能、瞬間激活以及在極限環(huán)境條件下較高的生存性。

下面將簡要描述在軍事/航空航天應用中常用的電池化學機制。

貯備電池和熱電池
貯備電池包含了范圍很廣的化學物質(zhì)，包括鉛酸、銀-鋅和鋰亞硫酰氯。在所有貯備電池中，電解質(zhì)與其他有效成分分開存儲并保持著其惰性，直到有煙火裝置被用于啟動化學反應。

熱電池是最受歡迎的貯備電池類型，它使用金屬鹽電解質(zhì)，而后者在固態(tài)和環(huán)境溫度下呈惰性，且不導電。這種電池由爆竹激活，后者會帶來煙火充電，導致電解質(zhì)在400～700℃的溫度范圍內(nèi)繼續(xù)融化，從而使電池達到最佳的導電性。一旦激活，熱電池就會在相對較短的時間內(nèi)釋放出高速率的電能，提供從幾瓦到幾千瓦的連續(xù)電流，電流的大小取決于電池的大小和化學機制。

圖1 鋰金屬氧化物電池的內(nèi)部視圖

熱電池提供了某些優(yōu)勢，包括耐久性、安全性、可靠性和較長的貯存期。不過，這種類型的電池也具有固有的局限性，因為貯備/熱電池不能在電池未完全耗盡的情況下進行測試，而且電池的激活要推遲到化學反應開始的時刻。

另一項主要缺點是，熱電池一定是體積相對較大的，需要采用保溫層來保持熱量以便激活的電解質(zhì)能夠保持融解，并保護周圍零件不受熱損傷。熱電池是專門為一次性應用而設計的。

銀鋅電池
銀鋅電池的設計更復雜，制造成本更高，需要燃氣發(fā)生器、管狀電解質(zhì)貯存器、歧管、電池塊、排氣口和加熱系統(tǒng)。因此，銀鋅電池需要更長的生產(chǎn)交付周期，而且因為它的能量密度低（260Wh/L），所以會帶來性能限制。

旋轉激活電池
旋轉激活電池通常用于引信和某些船舶應用，它將電解質(zhì)存儲在小瓶或囊狀物中，當自動推進武器啟動后，小瓶或囊狀物被割開，旋轉外殼的離心力會將電解質(zhì)分散到整個電池組中。旋轉激活電池是專門為一次性應用而設計的。

使用鋰亞硫酰氯化學物質(zhì)生產(chǎn)的旋轉激活電池現(xiàn)在被用于給子雷和通信干擾機供電，后者采用配備有降落傘的炮彈來推進以確保軟著陸。

旋轉激活電池也被部署在多功能火炮引信（Multi-Option Fuses for Artillery，MOFA）應用中，包括105和155mm的爆炸式火炮射彈。為尋求一種標準化的解決方案，美國國防部最近決定使用鋰氧化物/鹵化物電池代替鉛酸或熱電池，為最新一代的MOFA供電。如果這些MOFA裝置采用大功率鋰金屬氧化物電池供電，而不是鋰氧化物/鹵化物化學機制，就可以實現(xiàn)顯著的性能優(yōu)勢，包括容量增大7倍（200mAh和30mAh），電流增大超過10倍（達到3.5A，之前為325mA），電壓將更穩(wěn)定，而激活速度將更快（可以瞬時激活，而之前為100ms的延遲量）。